Carbon–ammonia pairs for adsorption refrigeration applications: ice making, air conditioning and heat pumping

A thermodynamic cycle model is used to select an optimum adsorbent-refrigerant pair in respect of a chosen figure of merit that could be the cooling production (MJ m−3), the heating production (MJ m−3) or the coefficient of performance (COP). This model is based mainly on the adsorption equilibrium equations of the adsorbent–refrigerant pair and heat flows. The simulation results of 26 various activated carbon–ammonia pairs for three cycles (single bed, two-bed and infinite number of beds) are presented at typical conditions for ice making, air conditioning and heat pumping applications. The driving temperature varies from 80 °C to 200 °C. The carbon absorbents investigated are mainly coconut shell and coal based types in multiple forms: monolithic, granular, compacted granular, fibre, compacted fibre, cloth, compacted cloth and powder. Considering a two-bed cycle, the best thermal performances based on power density are obtained with the monolithic carbon KOH-AC, with a driving temperature of 100 °C; the cooling production is about 66 MJ m−3 (COP = 0.45) and 151 MJ m−3 (COP = 0.61) for ice making and air conditioning respectively; the heating production is about 236 MJ m−3 (COP = 1.50).

ResumeUn modèle du cycle thermodynamique est utilisé pour sélectionner le meilleur couple adsorbant-ammoniac sur la base de la production frigorifique (MJ m−3), la production de chaleur (MJ m−3) ou bien le coefficient de performance (COP). Ce modèle est essentiellement basé sur les équations d'état de l'adsorption (adsorbant-ammoniac). Les résultats de simulation de 26 différents couples charbon actif-ammoniac sont présentés pour des conditions typiques de fabrication de la glace, de climatisation et de pompe à chaleur. La température de génération varie de 80 °C à 200 °C. Les simulations sont effectuées pour trois types de cycle: lit unique, deux-lits et un nombre infini de lits. Les charbons actifs étudiés sont essentiellement issus des coquilles de noix de coco et de minerais de charbon sous diverses formes: monolithique, granulaire, granulaire compacté, fibre, fibre compactée, tissu, tissu compacté et poudre. En considérant un cycle à deux lits, les meilleures performances thermiques sont obtenues avec le charbon monolithique KOH-AC:avec une température de génération de 100 °C: la production frigorifique est environ 66 MJ m−3 (COP = 0.45) et 151 MJ m−3 (COP = 0.61) pour la fabrication de la glace et la climatisation respectivement; la production de chaleur est environ 236 MJ m−3 (COP = 1.50).